Nobody likes to make a mistake. And I made a whopping one. And figuring out what I did wrong led to a discovery that completely changes the way we think about the Earth and Moon.
هیچ کس دوست ندارد اشتباه بکند. و من اشتباه بزرگی کردم. و فهمیدن اشتباهم به یک کشف منجر شد که طرز فکر ما درباره زمین و ماه را کاملاً متحول کرد.
I'm a planetary scientist, and my favorite thing to do is smash planets together.
من یک دانشمند سیاره شناس هستم، و کار مورد علاقه من کوبیدن سیارهها به هم است.
(Laughter)
(خنده)
In my lab, I can shoot at rocks using cannons like this one.
در آزمایشگاهم، میتوانم با توپهایی مانند این به صخرهها شلیک کنم.
(Cannon shot)
(شلیک توپ)
(Laughter)
(خنده)
In my experiments, I can generate the extreme conditions during planet formation. And with computer models, I can collide whole planets together to make them grow, or I can destroy them.
در آزمایشهایم، میتوانم شرایط افراطی حاکم در زمان شکلگیری سیارات را ایجاد کنم. و با مدلهای کامپیوتری، میتوانم کل سیارهها را به هم برخورد دهم تا رشد کنند، یا میتوانم نابودشان کنم.
(Laughter)
(خنده)
I want to understand how to make the Earth and the Moon and why the Earth is so different from other planets.
میخواهم بفهمم زمین و ماه چطور ساخته میشوند و چرا زمین این قدر با سیارات دیگر متفاوت است.
The leading idea for the origin of the Earth and Moon is called the "giant impact theory." The theory states that a Mars-sized body struck the young Earth, and the Moon formed from the debris disk around the planet. The theory can explain so many things about the Moon, but it has a huge flaw: it predicts that the Moon is mostly made from the Mars-sized planet, that the Earth and the Moon are made from different materials. But that's not what we see. The Earth and the Moon are actually like identical twins. The genetic code of planets is written in the isotopes of the elements. The Earth and Moon have identical isotopes. That means that the Earth and Moon are made from the same materials.
ایده اصلی درباره خاستگاه زمین و ماه «نظریه برخورد بزرگ» نام دارد. این نظریه بیان میکند که جسمی به اندازه مریخ با زمین جوان برخورد کرده، و ماه از دایره باقیماندههای دور سیاره ایجاد شده است. این نظریه میتواند چیزهای زیادی را درباره ماه توضیح دهد، اما خللی بسیار بزرگ دارد: پیشبینی میکند که ماه به طور عمده از سیارهای به اندازه مریخ ساخته شده، و زمین و ماه از مواد متفاوتی هستند. اما این چیزی نیست که میبینیم. زمین و ماه در واقع شبیه دوقلوهای همسان هستند. رمز ژنتیکی سیارهها در ایزوتوپهای عناصر نوشته شده است. زمین و ماه ایزوتوپهای یکسانی دارند. این یعنی زمین و ماه از مواد یکسانی ساخته شدهاند.
It's really strange that the Earth and the Moon are twins. All of the planets are made from different materials, so they all have different isotopes, they all have their own genetic code. No other planetary bodies have the same genetic relationship. Only the Earth and Moon are twins.
خیلی عجیب است که زمین و ماه دوقلو هستند. تمام سیارات از مواد متفاوتی ساخته شدهاند، پس همگی ایزوتوپهایی متفاوت دارند، هر یک رمز ژنتیکی خودشان را دارند. هیچ دو جسم سیارهای دیگری دارای رابطه ژنتیکی یکسان نیستند. فقط زمین و ماه دوقلو هستند.
When I started working on the origin of the Moon, there were scientists that wanted to reject the whole idea of the giant impact. They didn't see any way for this theory to explain the special relationship between the Earth and the Moon. We were all trying to think of new ideas. The problem was, there weren't any better ideas. All of the other ideas had even bigger flaws. So we were trying to rescue the giant impact theory.
وقتی کار بر روی خاستگاه ماه را شروع کردم، دانشمندانی بودند که میخواستند ایده برخورد بزرگ را به کلی رد کنند. آنها هیچ راهی نمیدیدند که این نظریه رابطه خاص میان زمین و ماه را توجیه کند. همه ما سعی میکردیم به ایدههای جدید فکر کنیم. مشکل این بود که ایده بهتری وجود نداشت. تمام ایدههای دیگر حتی ایرادهای بزرگتری داشتند. پس تلاش ما برای نجات نظریه برخورد بزرگ بود.
A young scientist in my group suggested that we try changing the spin of the giant impact. Maybe making the Earth spin faster could mix more material and explain the Moon. The Mars-sized impactor had been chosen because it could make the Moon and make the length of Earth's day. People really liked that part of the model. But what if something else determined the length of Earth's day? Then there would be many more possible giant impacts that could make the Moon. I was curious about what could happen, so I tried simulating faster-spinning giant impacts, and I found that it is possible to make a disk out of the same mixture of materials as the planet. We were pretty excited. Maybe this was the way to explain the Moon.
دانشمندی جوان در گروه من پیشنهاد کرد که چرخش را در برخورد بزرگ تغییر دهیم. شاید اگر زمین تندتر بچرخد بتواند مادهٔ بیشتری را مخلوط کند و ماه را توضیح دهد. برخورد کننده به اندازه مریخ انتخاب شده بود چون میتوانست ماه را ایجاد کند و طول روز زمین را بسازد. مردم واقعا به آن بخش نظریه علاقه داشتند. اما چه میشد اگر چیز دیگری طول روز زمین را تعیین میکرد؟ آنگاه امکان وجود برخوردهای بزرگ بسیار بیشتری خواهد بود که بتوانند ماه را بسازند. کنجکاو بودم که چه اتفاقی میتوانست بیفتد، پس شروع کردم به شبیهسازی برخوردهای بزرگ با چرخش تندتر، و فهمیدم که ممکن است حلقهای از مخلوط مواد یکسان با مواد سیاره ایجاد کرد. خیلی هیجانزده بودیم. شاید این راه توضیح ماه بود.
The problem is, we also found that that's just not very likely. Most of the time, the disk is different from the planet, and it looked like making our Moon this way would be an astronomical coincidence, and it was just hard for everyone to accept the idea that the Moon's special connection to Earth was an accident. The giant impact theory was still in trouble, and we were still trying to figure out how to make the Moon.
مشکل اینجا است که فهمیدیم این خیلی هم محتمل نیست. بیشتر وقتها حلقه با سیاره متفاوت است، و این طور به نظر میرسید که ساخته شدن ماه به این صورت تصادفی نجومی بوده، و فقط برای همه سخت است که قبول کنند رابطه خاص ماه با زمین اتفاقی است. نظریه برخورد بزرگ هنوز با مشکل مواجه بود، و ما هنوز داشتیم سعی میکردیم بفهمیم ماه چطور ساخته شده.
Then came the day when I realized my mistake. My student and I were looking at the data from these fast-spinning giant impacts. On that day, we weren't actually thinking about the Moon, we were looking at the planet. The planet gets super-hot and partially vaporized from the energy of the impact. But the data didn't look like a planet. It looked really strange. The planet was weirdly connected to the disk. I got that super-excited feeling when something really wrong might be something really interesting.
آن وقت روزی فرا رسید که فهمیدم کجا اشتباه میکردم. من و دانشجویم داشتیم به اطلاعات این برخوردها با چرخش سریعتر نگاه میکردیم. در آن روز، در واقع به ماه فکر نمیکردیم، داشتیم به سیاره نگاه میکردیم. سیاره از انرژی برخورد بسیار داغ و تا اندازهای بخار میشود. اما دادهها شبیه یک سیاره نبودند. عجیب به نظر میرسید. سیاره به طرز عجیبی به صفحه دایرهای متصل بود. آن حس بسیار هیجانانگیز را داشتم که وقتی چیزی بسیار غلط ممکن است بسیار جالب باشد به آدم دست میدهد.
In all of my calculations, I had assumed there was a planet with a separate disk around it. Calculating what was in the disk as how we tested whether an impact could make the Moon. But it didn't look that simple anymore. We were making the mistake of thinking that a planet was always going to look like a planet. On that day, I knew that a giant impact was making something completely new.
در تمام محاسباتم، فرض کرده بودم که یک سیاره داریم با یک دیسک مجزا دور آن. محاسبه آنچه درون دیسک بود روش آزمایش ما برای تشخیص این بود که آیا یک برخورد قادر به ساختن ماه هست یا نه. اما دیگر آن قدر ساده به نظر نمیرسید. اشتباه ما این بود که فکر میکردیم سیاره همواره شبیه یک سیاره باقی میماند. در آن روز، میدانستم که یک برخورد بزرگ داشت چیزی کاملاً جدید میساخت.
I've had eureka moments. This was not one of them.
من لحظات «یافتم» داشتهام. این یکی از آنها نبود.
(Laughter)
(خنده)
I really didn't know what was going on. I had this strange, new object in front of me and the challenge to try and figure it out. What do you do when faced with the unknown? How do you even start?
واقعاً نمیدانستم چه اتفاقی دارد میافتد. این شیء غریب نو را پیش رو داشتم و چالشی که سعی کنم و آن را بفهمم. وقتی با ناشناخته مواجه میشوید چه میکنید؟ چطور حتی شروع میکنید؟
We questioned everything: What is a planet? When is a planet no longer a planet anymore? We played with new ideas. We had to get rid of our old way of thinking, and by playing, I could throw away all of the data, all of the rules of the real world, and free my mind to explore. And by making a mental space where I could try out outrageous ideas and then bring them back into the real world to test them, I could learn. And by playing, we learned so much. I combined my lab experiments with computer models and discovered that after most giant impacts, the Earth is so hot, there's no surface. There's just a deep layer of gas that gets denser and denser with depth. The Earth would have been like Jupiter. There's nothing to stand on. And that was just part of the problem. I wanted to understand the whole problem. I couldn't let go of the challenge to figure out what was really going on in giant impacts. It took almost two years of throwing away old ideas and building new ones that we understood the data and knew what it meant for the Moon.
ما همه چیز را زیر سوال بردیم: یک سیاره چیست؟ کی سیاره دیگر سیاره نیست. با ایدههای جدید بازی میکردیم. باید از شر طرز فکر قبلیمان راحت میشدیم، و با بازی کردن، میتوانستم تمام دادهها و تمام قوانین جهان واقعی را دور بیندازم، و ذهنم را برای کاوش آزاد کنم. و با ایجاد یک فضای ذهنی که میتوانستم ایدههای متحورانه را امتحان کنم و بعد آنها را برای آزمایش به دنیای واقعی برگردانم، میتوانستم یاد بگیرم. و با بازی کردن، خیلی یاد گرفتیم. آزمایشهای آزمایشگاهم را با مدلهای کامپیوتری ترکیب کردم و کشف کردم که بعد از بیشتر برخوردهای بزرگ، زمین بسیار داغ است، هیچ سطحی وجود ندارد. فقط یک لایه عمیق گاز هست که با افزایش عمق چگال و چگالتر میشود. زمین شبیه مشتری خواهد شد. چیزی نیست که روی آن بایستیم. و این فقط بخشی از مشکل بود. میخواستم کل مشکل را درک کنم. نمیتوانستم از این چالش دست بکشم و میخواستم بفهمم واقعاً در یک برخورد بزرگ چه اتفاقی میافتد. تقریباً دو سال طول کشید که ایدههای قدیمی را دور بیندازم و ایدههای نو بسازم که دادهها را درک کنیم و بفهمیم برای ماه چه معنایی دارند.
I discovered a new type of astronomical object. It's not a planet. It's made from planets. A planet is a body whose self-gravity is strong enough to give it its rounded shape. It spins around all together. Make it hotter and spin it faster, the equator gets bigger and bigger until it reaches a tipping point. Push past the tipping point, and the material at the equator spreads into a disk. It's now broken all the rules of being a planet. It can't spin around together anymore, its shape keeps changing as it gets bigger and bigger; the planet has become something new.
نوع جدیدی از جرم آسمانی کشف کردم. یک سیاره نیست. از سیارهها ساخته شده. سیاره یک جسم است که گرانش آن به اندازهای است که میتواند شکل کروی آن را به وجود بیاورد. به طور یکپارچه دوران میکند. آن را داغتر کنید و سرعت چرخش را بالا ببرید، استوا بزرگ و بزرگتر میشود تا به یک نقطه قله برسد. از آن نقطه هم عبور کنید، و مواد در استوا در یک سطح دایرهای پخش میشوند. تا اینجا تمام قوانین سیاره بودن شکسته شده. دیگر نمیتواند یکپارچه دوران کند، شکل آن تغییر میکند و بزرگ و بزرگتر میشود؛ سیاره بدل به چیزی نو شده است.
We gave our discovery its name: synestia. We named it after the goddess Hestia, the Greek goddess of the hearth and home, because we think the Earth became one. The prefix means "all together," to emphasize the connection between all of the material. A synestia is what a planet becomes when heat and spin push it over the limit of a spheroidal shape.
نامی برای کشفمان انتخاب کردیم: سینستیا. نام آن را از خدایی به نام هِستیا گرفتیم، خدای یونانی آتشدان و خانه، زیرا فکر کردیم زمین به خانه تبدیل شده است. پیشوند هم یعنی «همه با هم،» تا بر ارتباط میان تمام مواد تاکید کنیم. سینستیا چیزی است که وقتی حرارت و چرخش سیاره را از مرز شکل کروی عبور میدهد به آن تبدیل میشود.
Would you like to see a synestia?
دوست دارید یک سینستیا ببینید؟
(Cheers)
(هلهله)
In this visualization of one of my simulations, the young Earth is already spinning quickly from a previous giant impact. Its shape is deformed, but our planet would be recognizable by the water on its surface. The energy from the impact vaporizes the surface, the water, the atmosphere, and mixes all of the gases together in just a few hours. We discovered that many giant impacts make synestias, but these burning, bright objects don't live very long. They cool down, shrink and turn back into planets. While rocky planets like Earth were growing, they probably turned into synestias one or more times.
در تصویرسازی یکی از شبیهسازیهایم، زمین جوان در حال چرخش بعد از یک برخورد بزرگ است. شکل آن تغییر کرده، اما سیاره ما از آب روی سطحش قابل تشخیص است. انرژی برخورد سطح آب و جو را بخار میکند، و در چند ساعت تمام گازها را با هم مخلوط میکند. کشف کردیم که بسیاری از برخوردهای بزرگ به سینستیا منجر میشوند، اما این اشیاء سوزان و درخشان دوامی ندارند. سرد و منقبض میشوند، و به شکل سیاره برمیگردند. زمانی که سیارات سنگی مانند زمین داشتند رشد میکردند، احتمالاً یک یا چند بار به سینستیا تبدیل شدهاند.
A synestia gives us a new way to solve the problem of the origin of the Moon. We propose that the Moon formed inside a huge, vaporous synestia. The Moon grew from magma rain that condensed out of the rock vapor. The Moon's special connection to Earth is because the Moon formed inside the Earth when Earth was a synestia. The Moon could have orbited inside the synestia for years, hidden from view. The Moon is revealed by the synestia cooling and shrinking inside of its orbit. The synestia turns into planet Earth only after cooling for hundreds of years longer. In our new theory, the giant impact makes a synestia, and the synestia divides into two new bodies, creating our isotopically identical Earth and Moon. Synestias have been created throughout the universe. And we only just realized that by finding them in our imagination: What else am I missing in the world around me? What is hidden from my view by my own assumptions?
یک سینستیا برای حل مسئله خاستگاه ماه راهی جدید به ما میدهد. پیشنهاد ما این است که ماه درون یک سینستیای بزرگ و پر از بخار شکل گرفته. ماه از باران ماگما رشد کرده که از متراکم شدن بخار سنگها شکل گرفته است. ارتباط مخصوص ماه با زمین به این دلیل است که ماه زمانی که زمین سینستیا بوده درون زمین شکل گرفته است. ماه ممکن است برای سالها درون سینستیا در حال چرخش بوده باشد، در حالی که از نظر پنهان بوده. ماه زمانی نمایان میشود که سینستیا در مدار خود در حال خنک شدن و جمع شدن است. سینستیا تنها بعد از صدها سال سرد شدن به سیاره زمین تبدیل شده است. در نظریه جدید ما، برخورد بزرگ یک سینستیا میسازد، و سینستیا به دو جسم جدید تقسیم میشود، و دوقلوهای همسان ایزوتوپی ما، زمین و ماه را میسازد. سینستیاها در تمام کائنات شکل میگیرند. و ما فقط با یافتن آن در تخیلاتمان متوجه آن شدیم: چه چیز دیگری را در دنیای اطرافم از قلم انداختهام؟ چه چیزی به خاطر فرضیات خودم از دیدم پنهان مانده است؟
The next time you look at the Moon, remember: the things you think you know may be the opportunity to discover something truly amazing.
دفعه بعد که به ماه نگاه میکنید، به یاد داشته باشید: چیزهایی که فکر میکنید میدانید ممکن است موقعیتی برای کشف چیزی واقعاً شگفتانگیز باشند.
(Applause)
(تشویق)